DE19908625A1

DE19908625A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19908625A1
Application number: DE19908625A
Authority: DE
Inventors: Hubert Knor; Marcus Reiner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-27
Filing date: 1999-02-27
Publication date: 2000-08-31
Also published as: AU3272200A; WO2000051748A1; DE50004322D1; EP1156884B1; ATE253413T1; EP1156884A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen vorgeschlagen, wobei der Kern der Erfindung darin liegt, das im Bereich der Kleberbettoberfläche ein Siebelement (3) angeordnet ist, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, wobei das Kleberbett (2) und das Siebelement derart ausgelegt bzw. aufeinander abgestimmt sind, daß nur eine begrenzte Menge Klebermaterial vor, während oder nach dem Aufsetzvorgang des Bauteils zur Benetzung dessen Auflagefläche das Siebelement passiert. Im Weiteren werden Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile vorgeschlagen, bei welchem das Siebelement beim Aufsetzen eines Bauteils in das Kleberbett eingedrückt wird, so daß Klebermaterial durch die Öffnungen des Siebelements (3) transportiert wird und die Auflagefläche (7) des aufgesetzten Bauteils benetzt bzw. das Siebelement so im Kleberbett angeordnet wird, daß auf die Oberfläche des Siebelements Klebermaterial transportiert wird, welches auf der Oberfläche des Siebelements (3) befindliche Bauteile an deren Auflagefläche benetzt oder die Auflagefläche von Bauteilen benetzt, die auf das Siebelement (3) aufgesetzt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile wie Substrate, Halbleiterchips (dice) oder dergleichen sowie dessen Verwendung.

In der Aufbau- und Verbindungstechnik elektronischer Baugruppen werden die für die Verbindung notwendigen Medien, zum Beispiel isotrope oder anisotrope Kleber, häufig mit Hilfe von Siebdruckverfahren oder Dispensverfahren auf Substratoberflächen oder dergleichen aufgebracht.

Anschließend kann eine Bestückung mit gewünschten Bauteilen, Halbleiterchips oder anderen elektronischen Baugruppen erfolgen.

Siebdruckverfahren haben dabei den Nachteil, daß der Kleberauftrag nur mit aufwendigen Werkzeugen beherrschbar ist, die umfangreiche Einricht- und Inbetriebnahmezeiten erfordern. Dabei ist ein erwünschtes gleichmäßiges Druckbild mit gleichbleibendem Klebermaterialtransport durch das Sieb während vieler Druckzyklen nur schwer zu erreichen, da leicht veränderbare physikalische Eigenschaften des Klebermaterials, wie zum Beispiel seine Viskosität unmittelbar darauf Einfluß nehmen.

Die Dispenstechnik von Klebematerial erfordert vor allem eine nur mit Aufwand zu erreichende exakte Einstellung im Hinblick auf die zu dispensende Klebermaterialmenge bzw. die Positionierung eines Dispenswerkzeuges, wie z. B. einer Dispensnadel. Im Weiteren kann insbesondere eine ungleichmäßige Verdrängung des aufgebrachten Klebermaterials beim Aufbringen des Bauteils zu Problemen führen, wenn zum Beispiel für den weiteren Prozeß erforderliche Bond-Pads durch Klebermaterial überdeckt werden.

Außerdem sind diese bekannten Klebeverfahren für die Chip on Chipmontage kaum oder gar nicht geeignet.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu verklebenden Oberflächen von flächigen Bauteilen, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen mit einem gleichmäßigen in der Dicke leicht kontrollierbaren Kleberauftrag zu versehen, wobei sich insbesondere die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeiden lassen und eine Chip on Chip- Montage ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie der Ansprüche 9 und 10 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Ausgangspunkt der Erfindung ist zunächst eine Vorrichtung zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen. Der Kerngedanke der Erfindung liegt nun darin, daß im Bereich der Kleberbettoberfläche ein Siebelement anordnenbar ist und dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, wobei das Kleberbett und das Siebelement derart ausgelegt bzw. aufeinander abgestimmt sind, daß nur eine begrenzte Menge Klebermaterial vor, während oder nach dem Aufsetzvorgang des Bauteils zur Benetzung dessen Auflagefläche das Siebelement passiert. Auf diese Weise läßt sich der Klebermengenauftrag und insbesondere die Kleberdicke einfach und sicher kontrollieren, wobei eine Veränderung von physikalischen Eigenschaften des Klebermaterials, wie zum Beispiel seine Viskosität, während des Prozesses den Kleberauftrag im Wesentlichen nicht beeinträchtigen.

Vorzugsweise liegt die Dicke des Kleberbettes im Bereich der Dicke des Siebelements. Durch diese Maßnahme kann das Siebelement nur soweit in das Kleberbett eindringen bis es auf der Kleberbettunterlage aufsitzt. Damit wird auf jeden Fall gewährleistet, daß nicht zu viel Klebermaterial durch das Siebelement gelangt. Vorteilhafterweise ist die Dicke des Kleberbettes etwas größer als die Dicke des Siebelements.

Der Kleberauftrag kann von Eigenschaften des Siebelements, zum Beispiel die Fläche der Öffnungen für den Kleberdurchgang, bestimmt werden. Für einen gleichmäßigen Kleberauftrag ist es bevorzugt, wenn die Öffnungen wesentlich kleiner sind als die Auflagefläche der zu benetzenden Bauteile. Ist die Fläche der Öffnungen im Vergleich zur geschlossenen Fläche des Siebelements groß, wird die Bauteiloberflächenseite stärker benetzt werden, als bei einer kleinen Gesamtfläche von gleichmäßig verteilten Öffnungen.

Um das Eintauchverhalten des Siebelements in das Kleberbett einfach kontrollieren zu können, ist es bevorzugt, wenn das Siebelement über dem Kleberbett oder im Kleberbett in dessen Oberflächenbereich aufspannbar und/oder das Siebelement elastisch nachgiebig ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Siebelement ein Maschengewebe. Maschengewebe sind in unterschiedlichen Maschenweiten bzw. Fadenstärken erhältlich, da sie im Siebdruckverfahren regelmäßig eingesetzt werden.

Insbesondere um Halbleiterchips miteinander zu verkleben, das heißt zum Beispiel einen kleineren Halbleiterchip auf einen größeren Halbleiterchip aufzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn die Maschenweite im Bereich von 25-150 µm liegt bzw. wenn die Fadenstärke des Gewebes im Bereich von 10-80 µm liegt.

Außerdem ist es bevorzugt, wenn das Kleberbett auf einer Grundplatte angeordnet ist, deren Oberflächenbeschaffenheit derart ausgebildet ist, daß das Klebermaterial nicht in ungünstiger Weise an der Oberfläche der Grundplatte haften bleibt. Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, daß nicht ein Großteil des die Oberfläche von Bauteilen benetzenden Klebermaterials für z. B. den Fall, daß ein im Kleberbett angeordnetes Siebelement mit darauf aufgesetzten Bauteilen komplett abgehoben wird, bei diesem Vorgang an der Grundplatte zurückbleibt, sondern in ausreichendem Maße mit dem Siebelement und den aufgesetzten Bauteilen entfernt werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen zeichnet sich dadurch aus, daß Klebermaterial in einem flächigen Kleberbett bereit gestellt wird, daß über dem Kleberbett ein Siebelement angeordnet wird, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, und daß das Siebelement beim Aufsetzen eines Bauteils in das Kleberbett eingedrückt wird, so daß Klebermaterial durch dessen Öffnungen in Richtung Bauteilauflagefläche transportiert wird und die Auflagefläche des aufgesetzten Bauteils benetzt.

Alternativ hierzu ist bevorzugt, daß das Klebermaterial in einem flächigen Kleberbett bereitgestellt wird, daß im Kleberbett ein Siebelement angeordnet wird, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, so daß auf die Oberfläche des Siebelements Klebermaterial transportiert wird, das auf der Oberfläche des Siebelements befindliche Bauteile an deren Auflageoberfläche benetzt oder die Auflageoberfläche von Bauteilen benetzt, die auf das Siebelement aufgesetzt werden. D. h. im ersten Fall wird z. B. das Siebelement mit bereits aufgesetzten Bauteilen im Kleberbett positioniert, während im zweiten Fall die Bauteile aufgesetzt werden, wenn das Siebelement sich bereits im Kleberbett befindet. In beiden Fällen können die Bauteile samt Siebelement zur Weiterverarbeitung abgehoben werden.

Um das Verfahren einfach zu gestalten, wird vorgeschlagen, daß das Kleberbett mittels eines Schablonendrucks, einer Rackeleinrichtung oder dergleichen erzeugt wird.

Um im Weiteren den Aufsetzvorgang von Bauteilen einfach kontrollieren zu können, wird überdies vorgeschlagen, daß die Bauteile mit einem "Pick Tool", wie einer Vakuumpinzette auf das Siebelement aufgesetzt und wieder abgehoben werden.

Um zu vermeiden, daß eine zu große Menge Klebermaterial durch das Siebelement auf die Siebelementoberfläche gelangt, wird im Weiteren vorgeschlagen, daß das Siebelement nicht wesentlich weiter als die Dicke des Siebelements in das Kleberbett gedrückt wird. bzw. in diesem angeordnet wird.

Zur Einstellung der Dicke des Kleberauftrags wird im Weiteren vorgeschlagen, daß die Dicke des Kleberauftrags durch das Verhältnis der Öffnungsflächen zur geschlossenen Fläche am Siebelement 3 bestimmt wird.

Vorzugsweise wird dieses Verfahren dazu eingesetzt, wie bereits oben für die Vorrichtung beschrieben, Halbleiterchips miteinander zu verkleben. Durch den gleichmäßig dünnen Kleberauftrag, der sich durch die Erfindung erzielen läßt, bildet sich beim Aufeinanderkleben von Halbleiterchip im Randbereich ein nur kleiner Quellwulst, so daß im Umfeld angeordnete Bereiche im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Das heißt beispeilsweise werden keine Bondpads mit Klebermaterial überdeckt, die für eine Kontaktierung eines aufgesetzten Halbleiterchips mit dem darunter liegenden Halbleiterchip noch benötigt werden.

Das Verfahren kann jedoch auch dazu eingesetzt werden, pastöse oder viskose Verbindungsmedien oder Stoffe, wie z. B. Lötpaste, aufzubringen.

Zeichnungen

Die Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen unter Nennung von weiteren Vorteilen und Einzelheiten näher erläutert.

Fig. 1a bis b zeigen den Aufbringvorgang von Klebermaterial auf eine Oberflächenseite eines Halbleiterchips in unterschiedlichen Stadien in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.

Die Vorrichtung zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile umfaßt eine Grundplatte 1, auf welcher beispielsweise durch einen Schablonendruck ein Kleberbett 2 mit einer gleichmäßig flächig verteilten Klebermenge aufgebracht wurde. Unmittelbar über der Grundplatte und dem Kleberbett in geringem Abstand dazu ist ein Maschengewebe 3 angeordnet. Das Maschengewebe 3 ist beispielhaft auf einen Rahmen 4 aufgespannt. Über den Rahmen 4 ist das Maschengewebe in Bezug auf das Kleberbett 2 derart positioniert, daß das Maschengewebe 3 im Wesentlichen nicht in das Kleberbett 2 eintaucht (siehe Fig. 1a bzw. Fig. 1c).

Das Aufbringen von Klebermaterial auf eine Oberflächenseite eines Halbleiterchips zum Verkleben mit einem weiteren Halbleiterchip kann sich nun wie folgt gestalten:

1. Mittels eines "Picktools" 5 (z. B. eine Vakuumpinzette) wird ein Bauteil, zum Beispiel ein Halbleiterchip 6 auf dem Maschengewebe 3 in Pfeilrichtung aufgesetzt (siehe Fig. 1a und Fig. 1b). Dabei taucht das Maschengewebe 3 in das Kleberbett 2 ein, so daß Klebermaterial durch die Öffnungen des Maschengewebes in Richtung Halbleiterchip gepreßt wird und somit dessen aufliegende Oberfläche benetzet wird. Durch den Kontakt der zu verklebenden Halbleiterchip-Auflagefläche 7 mit dem Maschengewebe 3 kann nur eine ganz bestimmte Menge an Klebermaterial zur Halbleiterchip-Auflagefläche 7 gelangen.
2. Nach erfolgter Benetzung der Halbleiter-Auflagefläche 7 mit Klebermaterial des Kleberbetts 2 wird anschließend der Halbleiterchip 6 mit der Vakuumpinzette 5 vom Maschengewebe 3 in Pfeilrichtung abgehoben (siehe Fig. 1c) und kann nunmehr mit einem vorbereiteten weiteren Chip verklebt werden, in dem der Halbleiterchip 6 einfach auf die vorgesehene Stelle des Halbleiterchips (nicht gezeigt) aufgesetzt wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise läßt sich mit geringem konstruktivem Aufwand ein gleichmäßig dünner Kleberauftrag mit gleichbleibender Qualität erzielen, wobei insbesondere leicht veränderbare Klebermaterialeigenschaften diesen Vorgang nicht beeinflussen.

Bezugszeichenliste

1

Grundplatte

2

Kleberbett

3

Maschengewebe

4

Rahmen

5

Vakuumpinzette

6

Halbleiterchip

7

Halbleiterchip-Auflagefläche

Claims

1. Vorrichtung zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Kleberbett (2) umfaßt und daß im Bereich der Kleberbettoberfläche ein Siebelement (3) anordnenbar ist, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, wobei das Kleberbett (2) und das Siebelement (3) derart ausgelegt bzw. aufeinander abgestimmt sind, daß nur eine begrenzte Menge Klebermaterial vor, während oder nach dem Aufsetzvorgang des Bauteils zur Benetzung dessen Auflagefläche das Siebelement passiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kleberbettes im Bereich der Dicke des Siebelements liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Siebelement wesentlich kleiner sind, als die Auflagefläche (7) des zu benetzenden flächigen Bauteils (6).

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Siebelement (3) über dem Kleberbett oder im Kleberbett in dessen Oberflächenbereich aufspannbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Siebelement elastisch nachgiebig ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Siebelement ein Maschengewebe (3) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite im Bereich von 25-150 µm liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenstärke des Gewebes im Bereich von 10-60 µm liegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleberbett auf einer Grundplatte angeordnet ist, deren Oberflächenbeschaffenheit derart ausgebildet ist, daß das Klebermaterial nicht in ungünstiger Weise an der Oberfläche der Grundplatte haftet.

10. Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebermaterial in einem flächigen Kleberbett (2) bereitgestellt wird, daß über dem Kleberbett ein Siebelement (3) angeordnet wird, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben und daß das Siebelement (3) beim Aufsetzen eines Bauteils (6) in das Kleberbett gedrückt wird, so daß Klebermaterial durch die Öffnungen des Siebelements (3) transportiert wird und die Auflagefläche (7) des aufgesetzten Bauteils (6) benetzt.

11. Verfahren zum Aufbringen von Klebermaterial auf flächige Bauteile, wie Substrate, Halbleiterchips oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebermaterial in einem flächigen Kleberbett (2) bereitgestellt wird, daß im Kleberbett ein Siebelement (3) angeordnet wird, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten von Klebermaterial erlauben, so daß auf die Oberfläche des Siebelements Klebermaterial transportiert wird, das auf der Oberfläche des Siebelements (3) befindliche Bauteile an deren Auflagefläche benetzt oder die Auflagefläche von Bauteilen benetzt, die auf das Siebelement (3) aufgesetzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleberbett (2) mittels eines Schablonendrucks, einer Rackeleinrichtung oder dergleichen erzeugt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (6) mit einem "Pick Tool", wie zum Beispiel einer Vakuumpinzette auf das Siebelement (3) aufgesetzt und wieder abgehoben wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Siebelement nicht wesentlich weiter äls die Dicke des Siebelements in das Kleberbett gedrückt wird bzw. in diesem angeordnet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kleberauftrags durch das Verhältnis der Öffnungsflächen zur geschlossenen Fläche am Siebelement (3) bestimmt wird.

16. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 15 zum Aufkleben und Aufeinanderkleben von Halbleiterchips.

17. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zum Aufbringen von pastösen oder viskosen Verbindungsmedien oder Stoffen.